A simplified approach for the analysis of offshore pipeline installation using Kynch's batch sedimentation theory.

The offshore industry plays a crucial role in the global energy supply, exploiting underwater resources through advanced extraction and production techniques. However, the installation and management of offshore pipelines pose significant challenges, including sand sedimentation during trench backfilling, that can generate buoyancy of pipelines during their installation. These phenomena can affect the stability and positioning of underwater infrastructures, posing operational and safety risks. In this thesis, a simple model was developed to predict the time evolution of displacements caused by sand sedimentation and the resulting evolution of buoyancy forces. To simulate sedimentation, the theory proposed by Kynch was used, describing the evolution of solid particle concentration over space and time. This allowed the calculation of buoyancy and drag forces acting on the pipeline, whose motion was assessed via numerical integration of the dynamic equilibrium equation. The model was validated through comparison with experimental data obtained from tests conducted at Delft University of Technology. Results show an adequate agreement between the model predictions and the experimental data, especially considering the simplicity of the model. This research provides a useful tool for improving the design and installation of offshore structures, contributing to the safety and efficiency of operations in the oil & gas sector.

L'industria offshore riveste un ruolo cruciale nel rifornimento energetico globale, sfruttando risorse sottomarine attraverso tecniche avanzate di estrazione e produzione. Un ruolo cruciale nello sviluppo dell’ambiente offshore è giocato dalle condotte sottomarine. Tuttavia, l'installazione e la gestione delle condotte offshore presentano delle sfide significative, tra cui la sedimentazione di sabbia per ricoprire la condotta in trincea, che può generare fenomeni di galleggiamento (buoyancy) delle condotte stesse durante la loro installazione. Questi fenomeni possono influenzare la stabilità e la posizione delle condotte, comportando rischi operativi e di sicurezza. In questa tesi è stato sviluppato un semplice modello in grado di prevedere l’evoluzione temporale degli spostamenti di una condotta sottomarina causati dalla sedimentazione di sabbia e dal conseguente incremento delle forze di galleggiamento. Per simulare il processo di sedimentazione è stata utilizzata la teoria proposta da Kynch, attraverso la quale è stata valutata l’evoluzione spazio-temporale della concentrazione delle particelle solide. Tale concentrazione ha quindi permesso la valutazione delle forze di galleggiamento e di drag agenti sulla condotta, il cui moto è stato valutato attraverso l’integrazione numerica dell’equazione di equilibrio dinamico. Il modello è stato validato attraverso il confronto con dati sperimentali ottenuti da prove eseguite presso la Delft University of Technology, mostrando un accordo soddisfacente, specialmente per la estrema semplicità del modello sviluppato. Questa ricerca fornisce uno strumento utile per migliorare la progettazione e l'installazione delle condotte offshore, contribuendo alla sicurezza e all’efficienza delle operazioni nel settore oil & gas